JP5613184B2 - プラスチック加工用射出成形機の電動駆動ユニット - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２００９年３月１２日に出願されたドイツ特許出願１０２００９０１２４８２．９の優先権を主張する。なお、このドイツ特許出願の開示内容は引用をもって本書に繰り込み本出願の対象をなすものとする。

本発明は、射出成形機の射出成形ユニットに関し、特に、請求項１の上位概念部（前置部）に応じたプラスチック及びその他の可塑性材料（粉末又はセラミック材料等）を加工するための射出成形機の射出成形ユニットに関する。

この種の射出成形ユニットはＤＥ１９８３１４８２Ｃ１から既知である。これによると、射出モータと計量モータとの間には、これら２つの電気機械的駆動装置の作用領域を互いに対し分離する分離面が設けられる。計量モータとしては、ロータとステータを有する電動モータを使用することができる。可塑化ユニットから見て計量モータの後方に位置する射出モータは、支持部材に支持されるスクリュウ駆動装置によって形成される。これら２つのモータを担持する射出ブリッジは、スクリュウ駆動装置のための支持部材を介して後ろ側に力ラーメン構造フレーム（「力」は漢字のちから）を形成する（水平）ロッドないし横架材（Holmen）に案内される。

ＷＯ２００８／０５２９５９Ａ１は、電気機械的射出モータと電気機械的計量モータを備えた、射出成形機のためのコンパクトに形成された駆動装置を記載している。２つの中空軸モータはこれらのモータに共通の１つのシャフトに作用する。従って、射出のために、この駆動装置は、駆動される（被駆動の）計量モータによって、射出モータの（対抗）支持ないし保持部（手段ないし機構）（Gegenhalt）を形成しなければならない。このため、計量モータがそれ自身に要求されるよりも大きいトルクに対して設計されなければならず、その上、このシステムの全体のエネルギ消費も増加する。

２つの液冷サーボモータがノズル移動即ち射出成形ユニットの成形型支持体への当接（係合）のために及び射出のためにそれらの作動軸が整列する（同一直線上に位置する）ように互いに前後に配置された射出成形ユニットがＥＰ０５７６９２５Ａ１から既知である。搬送手段即ちコンベアスクリュウの回転を引き起こす計量モータは特別の支持部材に支持される。

ＤＥ１０２００６００７４３８Ｂ３は、計量及び射出のためにただ１つの中空軸モータと必要に応じ補助駆動装置を有する射出成形ユニットのための駆動装置を記載している。中空軸モータはスプライン結合を介して支持され軸方向の運動の変換も実行可能にする２つのシャフトを支持する。計量及射出は、同一の中空軸モータによって連続的に交互に実行される。運動過程を互いに分離するために、モータのこの２つの部分の作用領域はスラスト軸受によって被駆動シャフトにおいて互いに分離される。更に、純粋な計量運動のために、射出が中空軸モータの後方部分によって実行されるとき制動手段と連携して作動可能なフリーホイール（Freilauf）が中空軸モータの前方部分に設けられる。

ＤＥ１０２００７０２７２１２Ａ１は、計量及び射出のための駆動スピンドルが被駆動スピンドルナット（雌ネジ）と噛合するネジ（雄ネジ）部分を有するよう構築された射出成形ユニットのための駆動装置を提案している。更なる１つのスピンドルが、駆動スピンドルと協働する当該更なる１つのスピンドルに割り当てられた駆動モータによって回転的に駆動可能にされる。これら２つのスピンドルは、ネジ結合を介して連動するよう結合される。

ＤＥ１９８３１４８２Ｃ１ ＷＯ２００８／０５２９５９Ａ１ ＥＰ０５７６９２５Ａ１ ＤＥ１０２００６００７４３８Ｂ３ ＤＥ１０２００７０２７２１２Ａ１

本発明の課題は、このような従来技術から出発し、（当該従来技術の）代替となり、コンパクトで、省エネルギの（エネルギ節約的な）射出成形ユニットを提供することである。

上記の課題は、本発明の一視点において、請求項１の特徴を有する射出成形ユニットによって解決される。即ち、本発明の一視点において、特に粉末又はセラミック材料のようなプラスチック及びその他の可塑性材料を加工するための、射出成形機のための射出成形ユニットが提供される。該射出成形ユニットは、
・射出成形型の型空間内に可塑性材料を搬入するためのコンベヤスクリュウを備えた、射出成形ユニットに配設可能な可塑化ユニットと、
・ロータ及びステータを備え、可塑性材料を計量する際にコンベヤスクリュウを回転するための電気機械的計量モータと、
・可塑化ユニットに対するコンベヤスクリュウの軸方向運動のための電気機械的射出モータと
を有し、
・射出モータが、スピンドル及び該スピンドルと協働するナットを備えたスピンドル駆動機構を有し、
・計量モータの軸と射出モータの軸が互いに整列される、
ように構成される。かかる射出成形ユニットにおいて、
射出モータのスピンドルは計量モータのロータと軸方向及び半径方向において固定的に結合されること、及び
計量モータは該計量モータの筐体内において支承されたフリーホイールによって回転方向において制動可能に構成されること
を特徴とする（形態１・基本構成）。

本発明の構成では、互いに隣り合って配置されるモータ間の従来技術において既知の固定的結合は解消され（不要とされ）、他方、射出モータのスピンドルは計量モータ、より詳しくは計量モータの回転可能な部分と直接的に固定的に結合される。しかしながら、これら２つのモータの部分的に力（の相互作用）が分離された運動を可能にするために、計量モータは、１つの回転方向において、制動手段、有利にはフリーホイールによって制動（ブロック）される。かくして、機械的に単純であるにも拘わらず、射出部分の製造の際に生じる要求を充足しかつ射出運動によって計量モータに加えられるトルクを、エネルギを要することなく（energielos）遮断する（切離す：abkoppeln）構造が得られる。

フリーホイールは有利には計量モータの筐体内で支持され、他方、計量モータは射出ブリッジに支持され、射出ブリッジのフランクには（水平）ロッド（横架材）が支持され、該ロッドを介して射出ユニットは型締ユニットに取り付けられる（係合される）ことができる。かくして、フリーホイール（による）制動（Freilauf-Blockade）の際に、これらの（フリーホイールの）外部のガイド手段（複数）を介した十分な支持要素（手段ないし機構）が得られ、その結果、射出スピンドルのためのトルク（対抗）支持ないし受容部（手段ないし機構）（Drehmomentgegenhalt）が、最大の力即ちトルクが作用する射出運動の間に、パッシブに（受動的に）従ってエネルギ節約的に形成されることができる。

有利には２つのモータが後ろ側（背側）で（１つの）支持要素に支持されるので、そこにおいて、例えば力測定メンブレン（ないし感圧センサ：Kraftmessmembran）として構成される力測定手段によって、背圧（スクリュウ背圧）及び射出圧が、信頼性がありかつ有利な態様で測定されることができる。

更なる利点は従属請求項及び以下の説明から明らかとなる。即ち、本発明において以下の形態が可能である。
（形態１）上掲。
（形態２）コンベヤスクリュウは計量モータのロータと軸方向及び半径方向において固定的に結合されること、及び
コンベヤスクリュウ、ロータ及び射出モータのスピンドルは一緒に回転されることが好ましい。
（形態３）射出成形ユニットの射出軸は計量モータ及び射出モータの軸と整列されることが好ましい。
（形態４）計量モータの筐体はフリーホイールのトルク受容のために射出ブリッジに支持され、該射出ブリッジにおいては、射出成形型のための型担持体に射出成形ユニットを支持するためのロッドが、計量モータから外方に突出するフランジに支承されることが好ましい。
（形態５）射出モータは、可塑化ユニットから見て計量モータの後方に位置する支持要素に支持されることが好ましい。
（形態６）射出モータは、スピンドルが貫通する中空軸モータによって構成されることが好ましい。
（形態７）射出モータのスピンドル駆動機構のナットは、射出モータのロータに支持されるか、又は、射出モータのロータによって構成されることが好ましい。
（形態８）射出モータには、遊星駆動機構が設けられることが好ましい。
（形態９）支持要素及び支持要素と射出ブリッジの間に配される結合要素は、力ラーメン構造フレームを構成すること。
（形態１０）結合要素には、とりわけ背圧及び射出圧を測定するための力測定手段が設けられることが好ましい。
（形態１１）前記力測定手段は感圧センサによって構成されることが好ましい。

以下に、図面に示した実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は、専ら発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明の射出成形ユニットの一例の斜視図。 模式的に示した型締ユニットを備えた本発明の射出成形ユニットの一例の、コンベヤスクリュウ及び（水平）ロッド（横架材）の高さにおいて水平方向に切断した断面図。 計量モータ及び射出モータの領域における図２の拡大図。

本発明を、添付の図面に関して例示的に詳細に説明する。尤も、実施例は単なる例であり、本発明のコンセプト（技術的思想）を特定の形態に限定することは意図されていない。本発明を詳細に説明するにあたって、本発明は記載された装置の個々の構成部材及び個々の方法ステップに限定されていないことに留意すべきである。なぜならこれらの構成部材及び方法は変更可能だからである。以下に用いられる概念は、専ら、とりわけ実施例（実施形態）を説明するために規定されており、限定的に用いられてはいない。更に明細書又は特許請求の範囲において単数形又は不定冠詞が用いられている場合であっても、これらは、全体の文脈上一義的に別のものを明示していない限り、複数の対応する要素も意味するものとする。

図面は、粉末又はセラミック物質のようなプラスチック及びその他の可塑性物質の加工のための射出成形機のための射出ユニットの一例を示す。射出ユニットは、基本的には、通常の構造を有する。即ち、射出ユニットは、計量モータ（Dosiermotor）Ｄ、射出モータＥ及びノズル移動（走行）ユニット２５を有する。実施例ではそのピストンが（水平）ロッド（横架材）２１に支持されたピストンシリンダユニットによって構成されたノズル移動ユニット２５によって、射出ユニットは、型担持体２６と、射出成形型Ｍの中空空間（型空間）２４のための注入口とに当接（係合）される。電気機械的（に構成された）計量モータＤは可塑性物質の計量の際にコンベヤスクリュウ１１を回転するために利用される。コンベヤスクリュウ１１は可塑性物質をまずコンベヤスクリュウの前方の空間に搬送し、次いで射出工程の際に可塑化ユニットに対するコンベヤスクリュウの軸方向運動によって該可塑性物質を射出成形型Ｍ１［Ｍ］の型空間２４内に射出（注入）する。この目的のために、可塑化ユニット１０は射出ユニットにおいて支持要素２７によって支持される。電気機械的計量モータＤはロータ１２とステータ１３を有するが、図３に示したコンベヤスクリュウ１１は結合領域を介して計量モータのロータと軸方向及び半径方向において固定的に連結される。

コンベヤスクリュウ１１の軸方向運動のために、電気機械的（に構成された）射出モータＥが設けられる。射出モータＥはスピンドル１６を備えたスピンドル駆動機構を有し、スピンドルナットを介してスピンドルと作用結合（係合ないし噛合を介した相互の連結：Wirkverbindung）し、支持要素２２に支持される。

図２及び図３に示されているように、計量モータＤの軸と射出モータＥの軸は互いに整列している（同一直線上にある）。射出モータＥのスピンドル１６は計量モータＥのロータ１２と固定的に結合しており、このため、計量モータのロータ１２の回転運動は原則的にスピンドル１６の回転運動になり、また、その反対も同様である。スピンドル１６は回転的な力ないし運動を直線的な力ないし運動に変換することができるが、そのスピンドルピッチないし勾配（Spindelsteigung）に応じ、所望のスラスト力に対応する回転的な（回転による）トルク受容ないし抗支（Drehmomentabstuetzung）が行われる。このトルク受容（抗支）のために、「射出」の主力方向（主要な力の作用方向：Vorzugskraftrichtung）にフリーホイール１９が制動手段として計量モータＤに組み込まれ、他方、コンベヤスクリュウの後退方向に対しては、計量モータ自体によってアクティブに（能動的に）制動が実行される。計量モータから射出モータの運動を分離するために、実施例ではフリーホイール１９によって構成された制動手段が設けられるが、これは、計量モータＤを１つの回転方向において制動（ブロック）し、ないし制動（ブロック）することができる、即ち、一方向性の回転阻止手段を形成する。フリーホイール１９は計量モータＤのキャップ１８において支持される。図３に示されているように、このキャップは、これ自身も射出ブリッジ２０に支持されており、射出ブリッジ２０は射出モータＥの運動によって射出軸ｓ−ｓに沿って軸方向に運動することができる。射出成形ユニットの射出軸ｓ−ｓは同様に計量モータＤ及び射出モータＥの軸と整列される（同一直線上にある）。

計量モータＤから外方に突出する射出ブリッジ２０のフランク２０ａには、（水平）ロッド２１が支持され、該ロッド２１を介して、射出成形ユニットは型支持体２６に支持される。これらのロッドは、その反対側では、射出駆動機構のための支持体を形成する支持要素２２と結合する。このため、支持要素２２は、可塑化ユニット１０から見ると計量モータＤの後方に位置することになる。この支持要素には、雌ネジを有するロータ１４を運転時に駆動する射出モータＥのステータ１５が支持される。ロータ１４の雌ネジには遊星部材１７が作用結合し、該遊星部材１７はその雄ネジを介してスピンドル１６の雄ネジと噛合する。射出モータＥは、スピンドル１６によって貫通される中空軸モータとして構成される。射出運動のためのスピンドル駆動機構のナット要素は、射出モータのロータ１４に支持されるか、又は、実施例のように、射出モータのロータ１４によって構成される。

ロッド２１が部分的に受容されている支持要素２２と結合要素２８は力ラーメン構造フレームを形成し、結合要素２８と支持要素２２の間の移行領域にとりわけ背圧及び射出圧の測定のための力測定手段２３が設けられる。力測定手段は有利には力測定メンブレン（ないし感圧センサ：Kraftmessmembran）によって構成することができる。

本発明の装置は以下のように作動する：
実施例では、軸方向のスクリュウ運動は、回転的に駆動されるスピンドルナット１４を有する射出駆動機構のスピンドル１６によって生成される。スピンドルは、そのスピンドル変速比（ギヤ比）に応じてトルク対抗力（抵抗力）を受ける際、軸方向の前進（送り）−後退（戻り）−力（Vor-Zurueck-Kraft）のみを生成することができる。このトルク対抗力は射出運動の主力方向において計量モータ筐体に組み込まれた計量モータＤによって生成される。スクリュウ後退運動に対しては、トルク対抗力は、相応に制御される計量モータのアクティブな（能動的な）流れ（材料の送り：Bestromen）によって生成される。

上記に説明した事項については、特許請求の範囲と同等の範囲内でなし得る極めて多様な修正、変更及び適合化を施すことが可能であることは自明である。

１０ 可塑化ユニット
１１ コンベヤスクリュウ
１２ Ｄのロータ
１３ Ｄのステータ
１４ Ｅのロータ
１５ Ｅのステータ
１６ スピンドル
１７ 遊星部材
１８ Ｄのキャップ
１９ フリーホイール
２０ 射出ブリッジ
２０ａ フランジ
２１ （水平）ロッド（横架材）
２２ 支持要素
２３ 力測定センサ
２４ 中空空間（型空間・キャビティ）
２５ ノズル移動ユニット
２６ 型担持体（型支持体）
２７ １０の支持要素
２８ 結合要素
Ｄ 計量モータ
Ｅ 射出モータ
Ｍ 射出成形型
ｓ−ｓ 射出軸

Claims (11)

1. 可塑性材料を加工するための射出成形機のための射出成形ユニットであって、
   ・射出成形型（Ｍ）の型空間（２４）内に可塑性材料を搬入するためのコンベヤスクリュウ（１１）を備えた、射出成形ユニットに配設可能な可塑化ユニット（１０）と、
   ・ロータ（１２）及びステータ（１３）を備え、可塑性材料を計量する際にコンベヤスクリュウ（１１）を回転するための電気機械的計量モータ（Ｄ）と、
   ・可塑化ユニット（１０）に対するコンベヤスクリュウ（１１）の軸方向運動のための電気機械的射出モータ（Ｅ）と
   を有し、
   ・射出モータ（Ｅ）が、スピンドル（１６）及び該スピンドル（１６）と協働するナットを備えたスピンドル駆動機構を有し、
   ・計量モータ（Ｄ）の軸と射出モータ（Ｅ）の軸が互いに整列される、
   ように構成された射出成形ユニットにおいて、
   射出モータ（Ｅ）のスピンドル（１６）は計量モータ（Ｄ）のロータ（１２）と軸方向及び半径方向において固定的に結合されること、及び
   計量モータ（Ｄ）は該計量モータ（Ｄ）の筐体（１８）内において支承されたフリーホイール（１９）によって回転方向において制動可能に構成されること
   を特徴とする射出成形ユニット。
2. コンベヤスクリュウ（１１）は計量モータ（Ｄ）のロータ（１２）と軸方向及び半径方向において固定的に結合されること、及び
   コンベヤスクリュウ（１１）、ロータ（１２）及び射出モータのスピンドル（１６）は一緒に回転されること
   を特徴とする請求項１に記載の射出成形ユニット。
3. 射出成形ユニットの射出軸（ｓ−ｓ）は計量モータ（Ｄ）及び射出モータ（Ｅ）の軸と整列されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形ユニット。
4. 計量モータ（Ｄ）の筐体（１８）はフリーホイール（１９）のトルク受容のために射出ブリッジ（２０）に支持され、該射出ブリッジ（２０）においては、射出成形型のための型担持体（２６）に射出成形ユニットを支持するためのロッド（２１）が、計量モータ（Ｄ）から外方に突出するフランジ（２０ａ）に支承されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
5. 射出モータ（Ｅ）は、可塑化ユニット（１０）から見て計量モータ（Ｄ）の後方に位置する支持要素（２２）に支持されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
6. 射出モータ（Ｅ）は、スピンドル（１６）が貫通する中空軸モータによって構成されること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
7. 射出モータ（Ｅ）のスピンドル駆動機構のナットは、射出モータ（Ｅ）のロータ（１４）に支持されるか、又は、射出モータ（Ｅ）のロータ（１４）によって構成されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
8. 射出モータ（Ｅ）には、遊星駆動機構が設けられること
   を特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
9. 支持要素（２２）及び、支持要素と射出ブリッジ（２０）との間に配される結合要素（２８）は、力ラーメン構造フレームを構成すること
   を特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
10. 結合要素（２８）には、背圧及び射出圧を測定するための力測定手段（２３）が設けられること
    を特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の射出成形ユニット。
11. 前記力測定手段（２３）は感圧センサによって構成されること
    を特徴とする請求項１０に記載の射出成形ユニット。

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